JP2011115823A - レーザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】肉厚が変化する断面形状を有する部材をレーザ溶接により突合せ溶接する場合に、レーザパワー及び溶接速度を制御して溶け残りを生じさせなく、品質の高いレーザ溶接を施工できるレーザ溶接方法を提供する。
【解決手段】肉厚が変化する突合せ溶接面形状を有する部材の突合せ溶接を行うレーザ溶接方法であって、溶接線に沿って、肉厚の状態及び変化に対応して区分分けし、薄肉の区分ではレーザパワーを所定値に維持して溶接速度を増大させ溶け残りが生じない溶込み深さが得られる様にし、又肉厚が変化する区分、又は厚肉の部分では、溶接速度を減少させレーザパワーを肉厚変化に追従させ変化させ溶け残りが生じない溶込み深さが得られる様にする。
【選択図】図２

Description

本発明はレーザ溶接方法、特に肉厚が変化する断面形状を有する部材の突合せ溶接を行うレーザ溶接方法に関するものである。

溶接方法の１つにレーザ溶接方法があり、レーザ溶接方法は他の溶接方法に比較して少ない入熱量で大きな溶込み深さが得られるという利点がある。

従来、肉厚が変化する部材を突合せ溶接する場合で、溶接条件を設定する場合、肉厚が最も薄い箇所に合わせてレーザパワーが設定されている。この為、肉厚が厚い部分では溶込み不足が生じ、溶け残り部分が発生し、充分な強度が得られない等、溶接品質の低下の原因となっていた。

特開２００４−２４９３０５号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、肉厚が変化する断面形状を有する部材をレーザ溶接により突合せ溶接する場合に、レーザパワー及び溶接速度を制御して溶け残りを生じさせなく、品質の高いレーザ溶接を施工できるレーザ溶接方法を提供するものである。

本発明は、肉厚が変化する突合せ溶接面形状を有する部材の突合せ溶接を行うレーザ溶接方法であって、溶接線に沿って、肉厚の状態及び変化に対応して区分分けし、薄肉の区分ではレーザパワーを所定値に維持して溶接速度を増大させ溶け残りが生じない溶込み深さが得られる様にし、又肉厚が変化する区分、又は厚肉の部分では、溶接速度を減少させレーザパワーを肉厚変化に追従させ変化させ溶け残りが生じない溶込み深さが得られる様にするレーザ溶接方法に係るものである。

又本発明は、前記部材を複数方向から突き合せし、複数方向からの溶込み深さは、溶込みのオーバラップ部が形成される様設定されるレーザ溶接方法に係るものである。

又本発明は、肉厚が変化する区分の最大肉厚部を挾んで所定範囲で、レーザパワーが最大となる様に設定されるレーザ溶接方法に係るものである。

本発明によれば、肉厚が変化する突合せ溶接面形状を有する部材の突合せ溶接を行うレーザ溶接方法であって、溶接線に沿って、肉厚の状態及び変化に対応して区分分けし、薄肉の区分ではレーザパワーを所定値に維持して溶接速度を増大させ溶け残りが生じない溶込み深さが得られる様にし、又肉厚が変化する区分、又は厚肉の部分では、溶接速度を減少させレーザパワーを肉厚変化に追従させ変化させ溶け残りが生じない溶込み深さが得られる様にするので、薄肉部では入熱量が低減し歪みの少ない良質な溶接が行え、又肉厚が変化する区分、又は厚肉の部分では、肉厚変化に追従した適正な溶込み深さが得られ溶け残りのない良質な溶接が行える。

又本発明によれば、前記部材を複数方向から突き合せし、複数方向からの溶込み深さは、溶込みのオーバラップ部が形成される様設定されるので、肉厚変化のある而も複数方向から突合せ溶接を行う場合に、溶け残りのない良質な溶接を行うことができる。

又本発明によれば、肉厚が変化する区分の最大肉厚部を挾んで所定範囲で、レーザパワーが最大となる様に設定されるので、溶け残りが最も生じ易い最大肉厚部で確実に溶込みのオーバラップ部が形成され、信頼性の高い突合せ溶接が行えるという優れた効果を発揮する。

（Ａ）は突合せ溶接する部材の断面とレーザ溶接ヘッド及び溶接区分との関係を示す説明図、（Ｂ）は溶接単位となる前記部材の４半部の断面図である。 本発明に係るレーザ溶接方法の一例であり、肉厚、溶接速度、レーザパワーとの関係を示すグラフである。 溶込み深さに対するレーザ出力、溶接速度、入熱量との関係を示す図である。 レーザパワーと溶込み深さの対応、追従性を示す図であり、（Ａ）は溶込み深さの状態を示す図、（Ｂ）はレーザパワーの変化を示すグラフである。 複数方向から突合せて溶接する場合の手順の１例を示す説明図であり、（Ａ）は１回目、（Ｂ）は２回目の溶接を示す。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

図１（Ａ）は本発明の対象となる部材１と、レーザ溶接ヘッド２との関係を示している。

図１に示される部材１は、突合せ溶接面１０の断面形状が十字状であり、上下、左右対称となっている。前記部材１の４半部１ａは、図１（Ｂ）に示される様に垂直部３と水平部４との間が４分円で形成される隅部５で接続された断面形状をしている。尚、６はレーザビームを示している。又、図１（Ａ）中、４半部１ａに示される太線はレーザビームの照射方向を示し、太線の長さは肉厚を示している。

斯かる断面を有する部材１を突合せ溶接する場合、４半部１ａ毎に４方向から４回の溶接が行われ突合せ溶接面１０全体が溶接される様になっている。又、溶接方向は、下から上に向って行われ、４半部１ａの溶接は肉厚、即ち溶接深さの変化に対応して所要数に区分され、区分毎に溶接条件が設定される。

本実施例では下側から上側に向って、区分Ｘ１−Ｘ２，Ｘ２−Ｘ３，Ｘ３−Ｘ４，Ｘ４−Ｘ５の４区分が設定されている。

本実施例に於ける溶接制御は、肉厚の薄い部分、例えば肉厚が１０ｍｍ以下の部分については入熱量を小さく抑える為、溶接速度を大きく、肉厚の厚い部分については充分な溶込み深さを得る為、溶接速度を小さくし、更にレーザパワーを増大させている。

図２は、本実施例の溶接制御に於ける、速度とレーザパワーと肉厚との関係を示しており、図中、曲線Ａは肉厚、曲線Ｂはレーザパワー、曲線Ｃは溶接速度を示している。尚、図２中、距離とは、Ｘ１点を始発点とし、溶接線に沿った長さであり、肉厚は、図１（Ｂ）中に於いて、レーザビーム照射方向（図１（Ａ）参照）の肉厚を示している。

先ず、Ｘ１−Ｘ２区分は薄肉部分であり、溶接速度を高速の溶接速度Ｖ１（定速）とし、更にレーザパワーを肉厚に対応させ、低く設定すると共に肉厚の増大に追従させ変化させている。溶接速度を大きくすることで、溶接に必要なレーザ強度を維持しつつ、入熱量を低減させている。即ち、薄肉部分では入熱量の低減が得られる様な溶接制御が行われる。

図３は、溶込み深さ５ｍｍを得る為のレーザ出力（ｋＷ）、溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）との関係、更にその時の入熱量（Ｊ／ｃｍ）との関係を示している。

図示される様に、薄肉部分を溶接する場合、レーザ出力を所定値に維持して溶接速度を大きくする方が、レーザ出力及び溶接速度をそれぞれ減少させるより、入熱量が大幅に小さいことが分る。

次に、Ｘ２−Ｘ３区分は肉厚変化が大きく、肉厚が増大し、肉厚最大に至る区分であり、肉厚変化に伴う溶込み深さの追従性が要求される区間である。

Ｘ２−Ｘ３区分では、溶接速度を低速の溶接速度Ｖ２（定速）とし、肉厚変化に対応させレーザパワーを変化させ、溶込み深さの制御を行っている。即ち、厚肉部分では充分な溶込み量が得られ、溶け残り部分が生じない様に、レーザパワーを主体とした溶接制御が行われる。尚、前記部材１の肉厚変化については、部材の断面形状から予め求めておくものとする。

図４は、試験片に対してレーザ溶接した場合のレーザパワーの変化と、実際の溶込み深さとの関係を示す図であり、図４（Ａ）は溶接線に沿った溶接部分の断面図であり、溶接線に沿った溶込み深さの状態を示している。又図４（Ｂ）は、その時のレーザパワー制御を行った場合のレーザパワーの変化を示している。

図４（Ａ）と図４（Ｂ）との対比で明らかな様に、溶込み深さとレーザパワーの変化の追従性がよく現れており、肉厚変化に対するレーザパワー制御の適正が示されている。

又、図２に見られる様に、肉厚が最大に達する以前にレーザパワーは最大に達し、レーザパワーの最大は、肉厚が最大を超えても更に所定距離（所定時間）維持されている。

これは本実施例が部材１に対して４方向から溶接を実施することが考慮され、溶接境界部で、４半部１ａの肉厚以上の溶込み深さを得、溶込みのオーバラップ部が生じる様にし、溶接境界部での溶け残りを防止する為である。特にレーザパワー最大の範囲は、少なくとも、突合せ面の図中心を含み、隣接する３つの４半部１ａにオーバラップ部が生じるものとする。

更に、Ｘ３−Ｘ４区分は肉厚変化が大きく、肉厚が減少する区分であり、Ｘ２−Ｘ３区分と同様、肉厚変化に伴う溶込み深さの追従性が要求される区間である。従って、Ｘ３−Ｘ４区分では、溶接速度を低速の溶接速度Ｖ２（定速）とし、肉厚変化に対応させレーザパワーを変化させ、溶込み深さの制御が行われる。

Ｘ４−Ｘ５区分は薄肉部分であり、肉厚が一定である。Ｘ４−Ｘ５区分では、溶接速度を高速の溶接速度Ｖ１（定速）とし、更にレーザパワーを肉厚に対応させ、低く所定値に設定する。Ｘ１−Ｘ２区分と同様、溶接速度を大きくすることで、溶接に必要なレーザ強度を維持しつつ、即ち、溶接品質を低下させることなく入熱量を低減させている。

而して、肉厚変化を有する部材の突合せ溶接を行う場合に、薄肉部では入熱量が低減する様に溶接速度を増大させ、反り等の発生を抑止し、又、肉厚変化部、或は厚肉部では充分な溶込みが得られる様に、溶接速度を減少させ、レーザパワーによる溶込み制御を行い、溶け残りを防止している。更に、複数方向から溶接する場合は、溶込みのオーバラップ部が生じる様に、特に最肉厚部近傍で溶込みのオーバラップ部が生じる様に、溶込み深さの制御を行うので、溶接境界部での溶け残りが防止される。

図５は、本実施例に於けるレーザ溶接を実施する場合の溶接手順を示しており、４半部１ａ毎にレーザ溶接が実行され、いずれの４半部１ａに対しても下から上に向って行われる。又、溶接の順番は、例えば時計周りに行われる。例えば、図５（Ａ）で右上４半部１ａに対して溶接が行われると、次は図５（Ｂ）で示す様に右下４半部１ａに対して溶接が実行され、次に左下４半部、最後に左上４半部に対して溶接が実行される。

尚、右下４半部、左下４半部に対して溶接を実行する場合は、上記した右上４半部とは逆に、区分Ｘ５−Ｘ４，Ｘ４−Ｘ３，Ｘ３−Ｘ２，Ｘ２−Ｘ１の順序で溶接が行われる（図１（Ａ）参照）。

又、溶接境界部での溶け残りを防止する為、溶込み深さは、図１（Ａ）で示される肉厚より大きくなる様に設定する。

又、図５に溶接境界部での溶込みのオーバラップ部７の状態が示されており、図中ハッチング部が溶込み部を示し、溶込み部の４半部１ａを越え隣接する４半部１ａに入込んでいる部分がオーバラップ部７となっている。

尚、前記４半部１ａ単品を突合せ溶接する場合は、溶込みのオーバラップ部７は必要ないので、レーザパワー制御は、肉厚変化に近似させた出力値とすればよい。

尚、上記実施例では、肉厚が薄肉部から厚肉部、更に厚肉部から薄肉部に変化する場合を説明したが、肉厚部から薄肉部、更に薄肉部から肉厚部に変化する場合等、肉厚が変化する突合せ溶接一般に実施可能であることは言う迄もない。

又、上記実施例では、肉厚が変化する区分で、肉厚の変化に対応させる場合に、レーザパワーを階段状に制御したが、肉厚変化曲線に近似、又は類似させた曲線に基づきレーザパワーを制御してもよい。

１ 部材
２ レーザ溶接ヘッド
３ 垂直部
４ 水平部
５ 隅部
６ レーザビーム
７ オーバラップ部
１０ 突合せ溶接面

Claims (3)

1. 肉厚が変化する突合せ溶接面形状を有する部材の突合せ溶接を行うレーザ溶接方法であって、溶接線に沿って、肉厚の状態及び変化に対応して区分分けし、薄肉の区分ではレーザパワーを所定値に維持して溶接速度を増大させ溶け残りが生じない溶込み深さが得られる様にし、又肉厚が変化する区分、又は厚肉の部分では、溶接速度を減少させレーザパワーを肉厚変化に追従させ変化させ溶け残りが生じない溶込み深さが得られる様にすることを特徴とするレーザ溶接方法。
2. 前記部材を複数方向から突き合せし、複数方向からの溶込み深さは、溶込みのオーバラップ部が形成される様設定される請求項１のレーザ溶接方法。
3. 肉厚が変化する区分の最大肉厚部を挾んで所定範囲で、レーザパワーが最大となる様に設定される請求項２のレーザ溶接方法。

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